1、特點：高精確度、高分辨率、大穿透深度。條件：具有規(guī)則的巖層分界面。方法：激發(fā)地震波測量震波從震源到檢波器時間 由旅行時、速度重建地震波路徑構(gòu)造分析、地 層分析、巖性分析。折射波法：波的主要沿兩個巖層的分界面?zhèn)鞑ィ瑐鞑ヂ窂?近似水平。反射波法：波先向下傳播，后反射回地表，傳播路徑基本 是垂直的。地震波及彈性介質(zhì)基本理論 (1) 彈性介質(zhì)彈性與塑性：物體在外力作用下產(chǎn)生形變，外力取消后，物體能迅速恢復(fù)到受力前的形態(tài)和大小，這種性質(zhì)稱為彈性。反之，若外力取消后，物體仍保持形變后的某種形態(tài)，不能恢復(fù)原狀，這種性質(zhì)稱為塑性。各向同性和各向異性：彈性性質(zhì)與空間方向無關(guān) 的稱為各向同性介質(zhì)，反 之稱為各向異

2、性介質(zhì)。均勻介質(zhì)和連續(xù)介質(zhì)：速度值與空間坐標(biāo)無關(guān)的 稱為均勻介質(zhì)，反之為非均 勻介質(zhì)。波的速度值是空間 坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)的介質(zhì)稱為 連續(xù)介質(zhì)。 (2) 應(yīng)力、應(yīng)變與彈性參數(shù)應(yīng)力與應(yīng)變：單位長度所產(chǎn)生的形變稱為應(yīng)變。 單位橫截面所產(chǎn)生的內(nèi)聚力稱為應(yīng) 力單位面積上的作用力。楊氏模量和泊松比：應(yīng)力與應(yīng)變的比值稱為楊氏 模量E（拉伸模量）。介質(zhì)的 橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值稱 為泊松比。 楊氏模量E和泊松比是一對表示介質(zhì)彈性性質(zhì)的參數(shù)： 負(fù)號表示橫向與縱向應(yīng)變方向相反。體變模量和切變模量 ：任何復(fù)雜的形變均可 分為體積形變和形狀形變兩種簡單的形變類 型。這兩種簡單形變的應(yīng)力與應(yīng)變的比值分 別稱為體變模量（

3、壓縮模量：壓力與體積 變化之比）和切變模量（剛性模量：切應(yīng) 力與切應(yīng)變之比）。 切變模量（ 剛性模量） 的表達式說明： 越大，切應(yīng)變越小。 對于液體， =0，即液體不產(chǎn)生切變，只有 體積變化。拉梅系數(shù)：由胡克定律，應(yīng)力與應(yīng)變之間存在線 性關(guān)系，由線性方程組表示，出現(xiàn)36 個彈性系數(shù)。對于各向同性均勻介質(zhì)， 這些系數(shù)大都對應(yīng)相等，可歸結(jié)為應(yīng)力 與應(yīng)變方向一致和垂直的兩個系數(shù)和 （切變模量）， 即為拉梅系數(shù)。 拉梅系數(shù)是為了簡化數(shù)學(xué)運算引入的參數(shù)，它與楊氏模量E、泊松比、體變模量、切變模量 組成決定各向同性均勻介質(zhì)彈性性質(zhì)的五個重要參數(shù)。這些參數(shù)表示介質(zhì)抗形變的能力，其數(shù)值越大，表示該介質(zhì)越難以產(chǎn)

4、生形變。只要知道其中兩個就可求出其余三個： (3) 振動與地震波振動：質(zhì)點圍繞平衡位置發(fā)生的往返運動。簡諧振動：在與位移量成正 比、與位移方向 相反的力作用 下的振動。諧 振動曲線是正弦 或余弦曲線。振幅A：質(zhì)點離開平衡位置的最大位移。周期T：完成一次振動所需時間。沿時間軸從一個 最高點到相鄰最高點的時間間隔。頻率f或角頻率：一秒鐘內(nèi)完成的振動次數(shù)。初始相位0：振動初始時刻位移值的角變量。 彈性波：是振動形式在介質(zhì)中的傳播，是能量的 傳播形式。波前和波后：在某一時刻，波即將傳到和剛剛停 止振動的兩個介質(zhì)曲面，稱為波前面和 波后面（波尾）。波前面和波后面是隨時間不斷推進的。波面：波傳播過程中，波

5、前將不斷推進掃過介質(zhì)內(nèi)部， 介質(zhì)中每一個這樣的曲面就是一個波面。波面上 各點是同時開始振動的，所以波面又叫等時面。 振動曲線和波剖面：某點振幅隨時間的變化曲線稱為振動曲線；某時刻各點振幅的變化稱為波剖面。 波長和速度V：一個周期T內(nèi)，波傳播的距離；或兩 個波峰之間的距離，稱為波長。波每秒傳播的距 離，稱為速度。地震波的形成：在激發(fā)脈沖的擠壓下，質(zhì)點產(chǎn)生圍繞其 平衡位置的震動，形成初始地震子波，在介質(zhì)中 沿射線方向四面八方傳播，形成地震波。 (4) 地震子波的描述地震子波：由震源激發(fā)、經(jīng)地下傳播并被接收的 一個短脈沖振動，稱為該振動的地震 子波。地震子波基本屬性之一非周期性：地震子波 的一個基本

6、屬性是振動的非周期性。任何一個非周期性振動可以有許多不同頻、不同振幅、不同起始相位的諧振動合成。 地震子波基本屬性之二：地震子波具有確定的起始時 間和有限的能量。因此，振動經(jīng)過很短的一段 時間即衰減。 地震子波的延續(xù)時間長度：地震子波衰減時間長短稱 為地震子波的延續(xù)時間長度。它決定了地震勘 探的分辨率。地震波動力學(xué) 地震波傳播的動態(tài)特征可以通過運動學(xué)和動力學(xué)兩個方面反映。 動力學(xué)研究地震波傳播中振幅、頻率、相位的變化規(guī)律，了解地震波對地下地質(zhì)體巖性結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。 運動學(xué)研究地震波傳播的時間與空間的關(guān)系，了解地震波對地下地質(zhì)體的構(gòu)造響應(yīng)。 (1) 地震波的類型地震波的類型：分為兩類。一類是體波，它

7、在整 個彈性體內(nèi)傳播，又分為縱波（P 波）和橫波（S波）。另一類是面 波，它只存在于巖層分界面附近， 并沿介質(zhì)的自由面或界面?zhèn)鞑ィ?包括瑞利面波（R波）和勒夫面波 （L波）。體 波縱波（P波）：彈性介質(zhì)在正應(yīng)力作用下發(fā)生體應(yīng) 變產(chǎn)生的波動稱為縱波。體 波橫波（S波）：彈性介質(zhì)在切應(yīng)力作用下發(fā)生切應(yīng) 變產(chǎn)生的波動稱為橫波。橫波質(zhì)點 振動方向與波傳播方向垂直，又可 分為SH波和SV波。面 波瑞利波：在自由表面上產(chǎn)生的沿自由表面?zhèn)鞑サ?面波。地震勘探中的面波指瑞利波。勒夫波：分布在低速層與高速層分界面上，與SH 波類似，又稱橫面波。(2) 地震波的傳播特點：對于P波，波動方程為：對于S波，波動方程為

8、：P波、S波速度為：縱、橫波速度比：如果已知P波、 S波速度，則： 可以通過此式，研究地下介質(zhì)泊松比，作地震巖性分析和預(yù)測油藏。(3) 地震波的能量與吸收： 波的能量E：地震波的傳播實際是能量的傳播。頻率為f、振幅為A的波，在體積為W、密度為的介質(zhì)中傳播時，其能量可表示為： 上式說明：波的能量E與振幅A的平方、頻率f的平方以及介質(zhì)的密度成正比。 能量密度：包含在介質(zhì)中，單位體積內(nèi)的能量稱為能 量密度。 上式說明：波的能量密度也正比于振幅A的平方。波的強度I：波前面上,單位時間t、單位面積S的能量 式中V為速度。因此，波的強度I正比于振幅A的平方。地震波的吸收：實際介質(zhì)中，對地震波的能量具有不同

9、 程度的吸收作用。品質(zhì)因素Q：地震波的吸收可以用品質(zhì)因素描述。Q定 義：在一個周期（或一個波長距離）內(nèi)， 振動損耗能量E與總能量E之比的倒數(shù) Q值越大，能量損耗越小，介質(zhì)越接近完全彈性吸收系數(shù)：波在粘滯介質(zhì)中傳播時，它的振幅被吸收衰減，衰減的快慢有吸收系數(shù)確定 式中為波長。(6)地震波的反射、透射和折射入射波、反射波、透射波和界面法線的關(guān)系 反射波的形成反射定律：反射角等于入射角，反射線、入射線位于反射界面 法線的兩側(cè)，反射線、入射線和法線位于同一個平 面內(nèi)。波阻抗Z：密度和波速的乘積射角稱為波阻抗。上、下兩層介質(zhì) 的波阻抗差別越大，反射波越強。反射系數(shù)R：反射波振幅和入射波振幅之比稱為反射系

10、數(shù)。反射波形成條件：地下巖層存在波阻抗分界面，即反射系數(shù)R的取值范圍及其極性： R有正負(fù)值，當(dāng)R0，ZnZn-1，反射波和入射波相位相同，都為正極性，地震記錄初至波上跳；當(dāng)R0，ZnV2，則，透射波射線靠近法線偏折，當(dāng)V1V2，則V1的水平速度界面，由斯奈爾定律可知，當(dāng)入 射角大于某臨界角i時，可使透射角等于900，此時透 射波以V2速度沿界面滑行。根據(jù)斯奈爾定律，可求得 臨界角i為折射波的形成與傳播折射波的波前、射線和盲區(qū)：折射波的波前是界面上各 點源向上覆介質(zhì)中發(fā)出的半圓形子波的包線。折射波的 射線是垂直于波前的一簇平行直線，并與界面法線的夾 角為臨界角。從震源到觀測到折射波的始點之間，不

11、存 在折射波，稱為折射波的盲區(qū)。盲區(qū)半徑XM為 一般情況下，折射波只有在炮檢距大于兩倍折射界面深度時才能觀測到，即折射波形成條件：下伏介質(zhì)波速必須大于上覆介質(zhì)波速(7)地震波的頻譜和振幅振幅譜A(f)和相位譜(f)：地震波隨傳播距離的增加和深 度的加大，波的頻率會發(fā)生變化，高頻成 分逐漸被吸收，使視周期變大，延續(xù)時間 增長。研究振幅和相位隨頻率的變化規(guī)律， 叫頻譜分析，前者稱為振幅譜，后者稱為 相位譜。復(fù)雜周期振動的頻譜：一個復(fù)雜的周期振動是由許多不同 頻率的簡諧振動合成的，可以利用傅立葉級數(shù)展開為許多 簡諧振動，其數(shù)學(xué)表示為 式中各項為不同振幅、不同頻率、不同相位的簡諧振動。如果把各個分震動

12、的振幅A和圓頻率的關(guān)系表示在A為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)的坐標(biāo)平面內(nèi)，所得圖像就為振幅譜。非周期振動的振幅譜地震波的頻譜：地震波是非周期的脈沖振動，其振幅譜主要 用主頻和頻寬兩個參數(shù)來描述。主頻是振幅譜的峰值頻率， 即頻譜曲線極大值所對應(yīng)頻率。頻寬是振幅譜的峰值的 0.707倍對應(yīng)的兩個頻率值之間的頻率范圍。一般，反射波 的能量主要分布在3070Hz頻帶內(nèi)。且，淺層反射波的頻率 較高，中、深層反射波的頻率較低。地震波振幅的影響因素： 激發(fā)條件的影響：包括激發(fā)方式、激發(fā)強度等 接受條件的影響：包括檢波器、放大器的頻率改造等 波傳播機制的影響：包括波前擴散、地層吸收、反射與透射損 失等。波前擴散（球面擴散

13、）：隨傳播距離的增大，波前球面擴展，但總能量不變，而使單位面積上的能量減少。地震波運動學(xué) 運動學(xué)研究地震波傳播過程中波前的空間位置與傳播時間之間的幾何關(guān)系，從而確定地下地質(zhì)體的地質(zhì)構(gòu)造。 通常可以通過幾何作圖反映物理過程，簡單直觀反映波傳播中，不同時刻的路徑和空間幾何位置，因此也被稱為幾何地震學(xué)。 地震波的運動學(xué)研究可以用波前面來描述，也可以用射線來描述。對于波前而言利用惠更斯原理確定，對于射線而言利用費馬原理確定。地震波的傳播原理： 地震波的運動學(xué)研究可以用波前面來描述，也可以用射線來描述。對于波前而言利用惠更斯原理確定，對于射線而言利用費馬原理確定。惠更斯原理：又稱波前原理。任何時刻，波前

14、面上每一點 都可以看作一個新的點震源，產(chǎn)生子波前， 新的波前位置是該時刻各子波波前的包絡(luò)。費馬原理：又稱射線原理、時間最小原理。在均 勻介質(zhì)中，波的傳播速度各處一樣，其 旅行時間正比于射線路徑的長短，波從 一點到另一點，最短的傳播路徑是直線， 波沿射線傳播的時間比其它任何路徑傳播的時間都少。 根據(jù)費馬原理可以求得地震波的射線方程幾何地震學(xué)的基本方程射線方程：地震波在傳播過程中所經(jīng)過的空間與 時間的關(guān)系式中：V是波傳播速度。 在各向同性均勻介質(zhì)中，波的傳播速度是常數(shù)，此方程的解為球面方程，波前是一系列以震源為中心點的球面： 時間場：波前傳播時間t是觀測點坐標(biāo)x、y、z的函數(shù)。當(dāng)震源固 定時，地震

15、波傳播的范圍內(nèi)介質(zhì)中每一點M(x,y,z)處都 可以確定波前到達的時間。 若已知空間任一點坐標(biāo)，就可以確定波到達此點的時間， 也就確定了波至?xí)r間的空間分布。這種波至?xí)r間的空間 分布就定義為時間場。時間場是標(biāo)量場，其等值面成為 等時面。等時面：等時面上任意點地震波到達的時間相等。(1)均勻介質(zhì)中的等時面是同心球面 (2)等時面族同射線族的正交關(guān)系 (3)時間場的梯度方向視速度v*和視速度定理：沿射線方向s傳播的波稱為射線 速度，是波的真速度V。而位于測線上的觀測者看來，似 乎波前沿著測線x，以速度V*傳播，是波的視速度。 是波射線與地面法線之 間的夾角，即入射角。(2) 反射地震波的運動學(xué)： 在

16、地面激發(fā)地震波后，根據(jù)地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和波的類型，地震波將具有不同的傳播特點。在地震勘探中主要采用“時距曲線”來定量說明不同類型的波在各種介質(zhì)結(jié)構(gòu)情況下傳播特點。 時距曲線的幾何形態(tài)包含著地下地質(zhì)構(gòu)造的信息，分析并掌握各種類型地震波時距曲線的特點，是地震勘探基礎(chǔ)理論的主要組成部分。反射波理論時距曲線（A）水平兩層介質(zhì) 反射波時距曲線可化為標(biāo)準(zhǔn)雙曲線方程t0時間：時距曲線在t軸上的截距，在地震勘探中 也叫t0時間 t0表示波沿界面法線傳播的雙旅程時間。借助t0時間,水平兩層介質(zhì)反射波時距曲線也可以寫成：正常時差tn：任一接收點反射波傳播時間與它的 t0時間之差，稱為正常時差 如果從各接收點的時間中

17、減去相應(yīng)的正常時差tn，則各點都變成了t0時間 這種方法在地震資料數(shù)據(jù)處理中稱為正常時差校正。(B) 傾斜界面反射波 時距曲線傾斜界面上傾方向與X軸反向時的反射波時距曲線 此時OM=Xm=-2hsin一般地： 界面上傾方向與X軸正方向相同時，上式根號中第三項取“”號；反之取“+”號。（C）多層水平介質(zhì)反射波均方根速度時距曲線： 平均速度時距曲線： 折射地震波運動學(xué) (A)水平兩層介質(zhì)折射波理論時距曲線：水平兩層介質(zhì)折射波理論時距曲線推導(dǎo)：(B)傾斜折射界面的折射波理論時距曲線：O1點激發(fā)， O1 O2點區(qū)間接收下傾接收的折射波時距曲線：上傾接收的折射波時距曲線：(C) 多個水平折射界面的折射波

18、理論時距曲線：對于有三層介質(zhì)兩個水平折射界面的地質(zhì)模型對于有n層水平折射界面的地質(zhì)模型地震波的速度 地震波的速度是地震勘探中最重要的參數(shù)，也是地震波運動學(xué)特點之一。地震勘探研究地下地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)的基本公式是： H是界面的深度，V是地震波傳播速度，t是地震波從地面垂直向下到界面又返回地面的雙程旅行時間。 (1) 地震波傳播中的影響因素 理論研究和大量實際資料證明，地震波在巖層中傳播速度與巖石地質(zhì)年代、巖性、埋藏深度、密度、孔隙度、壓力、溫度等因素有關(guān)。或與巖石的彈性性質(zhì)有關(guān)。由于目前油氣地震勘探主要利用體波，在談到波速問題時，除非特別說明，一般都是指縱波速度。與巖石彈性常數(shù)的關(guān)系： 由波動方程得到

19、縱波速度 泊松比的值變化不大，在大多數(shù)情況下約等于0.25。一般，隨巖石密度增加，楊氏模量E以更高級次增加， 所以當(dāng)巖石密度增大時，地震波的速度不是減小，而是增大。與巖性的關(guān)系： 由于波的傳播速度與巖石的彈性性質(zhì)有關(guān)，不同巖石由于彈性性質(zhì)不同，波速也不一樣。一般，變質(zhì)巖和火成巖的波速大于沉積巖的波速。沉積巖中，灰?guī)r波速大于頁巖，頁巖波速又大于砂巖。巖石波速（m/s）沉積巖15006000花崗巖45006500玄武巖45008000變質(zhì)巖35006500巖石波速（m/s）粘土12002500泥質(zhì)頁巖27004100致密砂巖20004000石灰?guī)r25006000與密度的關(guān)系： 實際的速度密度關(guān)系可

20、以通過對巖石樣品的測定，在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上總結(jié)出經(jīng)驗公式。通常，速度密度的經(jīng)驗關(guān)系可表示成為一種近似線性的關(guān)系： 經(jīng)驗公式給參數(shù)換算提供了方便，如果已知波速，可以直接由經(jīng)驗公式得到密度參數(shù)。不同巖石密度與速度關(guān)系曲線與孔隙度的關(guān)系： 一切固體巖石的結(jié)構(gòu)基本有兩部分組成。其一是巖石骨架，其二是孔隙。地震波在這種結(jié)構(gòu)中的傳播，實際上相當(dāng)于在骨架和孔隙兩種介質(zhì)中傳播。波在雙向介質(zhì)中傳播的速度與孔隙度成反比。1956年Wylie提出了一個簡便計算速度和孔隙度關(guān)系的平均時間方程： Vm:巖石骨架速度，Vl:巖石孔隙介質(zhì)速度，:巖石孔隙度 平均時間方程說明：波在巖石中的傳播時間，是巖石骨架中和充填介質(zhì)中波

21、傳播所用時間的總和。 該方程只適用于巖層孔隙中只有油、氣或水一種流體，并且流體壓力與巖石壓力相等的情況。 由該式可以計算波傳播的速度與孔隙度理論曲線。 依據(jù)平均時間方程思想，還可以推導(dǎo)出計算速度與砂泥巖百分含量的公式。如果在某一地層中沉積了一套砂泥巖層，則： 式中， V波在砂泥巖中傳播速度，Vs波在砂巖中傳播速度， Vn波在泥巖中傳播速度， Ps為砂泥巖中砂的百分含量， Pn為砂泥巖中泥的百分含量。 孔隙度的變化意味著巖石密度的改變。孔隙度增大，巖石密度變小。統(tǒng)計表明，孔隙度與巖石密度有如下線性經(jīng)驗關(guān)系：m:巖石骨架密度， L :巖石孔隙介質(zhì)密度，:巖石孔隙度與巖層埋藏深度的關(guān)系： 在巖石性質(zhì)

22、和地質(zhì)年代等相同的條件下，地震波的速度隨巖石埋藏深度的增加而增大。因為，巖石埋藏越深，年代越久，承受上覆地層壓力時間越長，強度越大。 但當(dāng)巖石的埋藏深度增加到一定數(shù)值后，速度隨深度的增加就不明顯了，速度隨深度增大的垂直梯度淺部大于深部。(2) 層速度與平均速度層速度定義：按照地層巖石物性將地下介質(zhì)分成若干個 厚度在幾十米以上的地震層，并認(rèn)為地下 介質(zhì)由若干個平行的地震層所組成，此時， 將每一個地震層看作為一種均勻介質(zhì)，取 其中各分層真速度的平均就是層速度。平均速度定義：一組水平層狀介質(zhì)中，某層以上介質(zhì)的平均速度就是地震波垂直穿過該層以上各層的總厚度與總 的傳播時間之比。 對于n層水平層狀介質(zhì)，

23、如果每層厚度和速度分別為hi，Vi，則平均速度Vav為：(3) 均方根速度定義：在水平層狀介質(zhì)中，取各層層速度對垂直傳播時間的均方根值就是均方根速度。 均方根速度相當(dāng)于用一個速度為Vn的均勻介質(zhì)代替第n層以上全部上覆地層的等效處理。(4) 迪克斯公式由均方根速度計算層速度 迪克斯公式是地震勘探中求取層速度的常用的公式。由均方根定義可知：式中：所以：代入前式，得到迪克斯公式 利用此式不但可由均方根速度求層速度Vn，也可以求平均速度。迪克斯公式求取平均速度： 對于第n層底界面以上介質(zhì)的平均速度，有：代入迪克斯公式得：(5) 射線速度定義：在水平層狀介質(zhì)中，波沿某一條射線傳播時，它傳播的總路經(jīng)與總時間之比，就是射線速度。 射線參數(shù)psinin/Vn 這是沿一條射線取平均算出的速度。射線速度不僅考慮了射線彎折效應(yīng)，也考慮了橫向不均勻影響，但實際很難計算，故只有理論意義。(6) 各速度之間的關(guān)系a、在水平層狀介質(zhì)情況下，炮檢距為零時的射線速度即為平均速度。b、炮檢距為無窮大時的射線速度等于水平層狀介質(zhì)中最高速度層的速度。c、均方根速度是構(gòu)成 等效均勻?qū)拥淖罴?射線速度。d、均方根總是大于 平均速度。要點復(fù)習(xí)(2)地球物理勘